一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法技术

本发明专利技术涉及一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，将其分解为成型模具的制造、前缘硅橡胶芯模的制造、薄膜囊体的制造、外翼前缘的制造、外翼主体的制造；分别对外翼前缘和主体前梁表面对应的粘接区域进行表面处理后，将与粘接区域外形相同的结构双面胶贴撕去一侧隔离纸，并将带胶面贴于外翼前缘的粘接区域，再将结构胶贴的另一侧隔离膜撕去，通过外翼前缘左端定位凹槽将外翼前缘水平嵌入外翼主体对应位置的凸台处得到复合材料整体结构外翼产品。本发明专利技术解决了多次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题。

A Process Forming Method for Composite Outer Wing of Small and Medium-sized UAV

【技术实现步骤摘要】
一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法
本专利技术属于无人机复合材料成型工艺
，涉及一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法。
技术介绍
目前，国内无人机外翼大多由蒙皮、轻木肋和梁胶接装配而成，其中蒙皮通常由湿法手糊玻璃钢成型，轻木肋、梁通常是航空层板或木质夹层玻璃钢结构；随着预浸料材料的使用越来越广泛，预浸料成型方式不仅含胶量均匀、重量较轻、综合力学性能以及环境适应性高，还更有利于设计/制造一体化的实现，既通过实现外翼结构的整体成型，发挥复合材料整体成型优势，实现有效减重，且使载荷传递实现整体结构受力，而不再仅限于骨架受力。公告号CN107651163A的中国专利技术专利公布了“一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法”，提出采用玻璃纤维编织布及泡沫夹芯等材料实现外翼上/下壁板、前/后梁、翼肋的分片成型，再通过胶接装配的方式得到固定翼无人机外翼部件。该方法需要分次固化成型各玻璃钢零件，再通过胶接装配的方式在装配工装上先将下壁板、前/后梁、翼肋进行二次胶接共固化得到下半翼盒，最后采用胶铆的方式将上壁板与下半翼盒连接形成整体式承力盒段。该方法为传统复合材料外翼结构成型方式，主要通过玻璃钢成型和泡沫夹芯结构实现外翼结构的整体减重，但该方法存在生产成本高、生产周期长、环境保护等问题，不仅成型时需要各个零件成型及装配合拢工装，制造过程中需要分三次固化成型，其玻璃钢成型作业不利于环境保护；同时与预浸料成型相比，该方法实现的产品重量较大、含胶量和厚度不均匀等问题，不适于中小型无人机的高性能及轻量化要求。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，用于解决多次固化成型的受限问题和提高产品质量、厚度的均匀性问题，有效地发挥了复合材料整体结构优势，具有轻质、结构可拆卸、机翼保护和环境保护等特点，为中小型无人机复合材料外翼提供重量轻、高性能、使用可靠性良好的整体成型工艺方法，改善中小型无人机复合材料外翼的整体结构性能和适用范围。技术方案一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，其特征在于步骤如下：步骤1：成型模具的制造采用CATIA软件进行产品成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品成型模具分为外翼前缘和主体结构成型模，外翼前缘成型模分为前缘下成型模和前缘上成型模两部分，前缘下成型模和前缘上成型模通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的外翼前缘外形一致；在外翼前缘成型模两端设置前缘挡板，该前缘挡板通过定位销和螺栓孔进行定位连接，可与前缘下成型模和前缘上成型模形成密闭腔体；主体成型模由主体下成型模、主体上成型模和前梁成型模块组成，其中前梁成型模块和主体下成型模通过定位销和螺栓连接后形成敞口型组合模具，用于前梁预铺层和上蒙皮预铺层的实现；主体上成型模用于下蒙皮预铺层的实现，可通过定位销和螺栓连接方式与该敞口型组合模具形成整体；步骤2：前缘硅橡胶芯模的制造步骤2a：分别启封前缘下成型模和前缘上成型模和前缘左、右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；分别在前缘下成型模和前缘上成型模上预先成型出与产品等厚度的刚性假体，即在各个模具内表面上逐层铺贴预浸料，直至分别形成与产品等厚度的预铺层，并对其进行外形修整；分别在含预铺层的前缘下成型模和前缘上成型模内表面依次铺贴常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料固化规范要求分别将含预铺层的前缘下成型模和前缘上成型模放置于在真空固化炉中进行抽真空固化，得到含刚性假体的前缘下成型模和前缘上成型模；固化时先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；步骤2b：待固化结束后，分别清理前缘下成型模和前缘上成型模表面的各种辅助材料，将前缘下成型模、前缘上成型模和前缘左挡板组合起来，并以右侧端面朝上的方式将组合模具直立起来，形成“U”型；按组分比例将配制好的液体硅橡胶从右端端口自上而下缓缓注入，直至溢出；室温固化24小时后脱模，经修整后得到硅橡胶芯模；最后对刚性假体进行脱模处理，其中硅橡胶芯模可通过刚性假体、前缘下成型模和前缘上成型模及前缘挡板重复制造；步骤3：薄膜囊体的制造采用耐温性、耐环境适应性和热封合满足要求的塑料复合薄膜，通过薄膜囊体三维数模进行平面展开放样及工艺优化，并按优化后的外形尺寸对塑料复合薄膜进行剪裁，并在剪裁好的塑料复合薄膜余边边缘处安装充、放气接头；依次对塑料复合薄膜前缘、后缘的前、后梁位置进行分段热封合，再对周边进行热封合，直至剩余单边未热封合时，先将已热封合的封边处进行修整，并将内表面翻至外表面、外表面翻为内表面，最后热封合单边使其形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.3MPa，对腔体内部进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，对后缘余边进行热封合，并使用压敏胶带将后缘的封边粘连于薄膜囊体后缘，得到薄膜囊体；步骤4：外翼前缘的制造步骤4a：分别启封前缘下成型模和前缘上成型模，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；在前缘下成型模上逐层铺贴预浸料；铺贴时预留多余的预浸料于模具非工作成型面两侧，并使用无孔隔离膜隔开，得到前缘预铺层；将硅橡胶芯模放置于前缘预铺层之上，将预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于硅橡胶芯模上表面，最后将前缘上成型模、前缘左右挡板定位连接于前缘下成型模上，形成密闭组合体；所述的预浸料存放在-18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％；步骤4b：将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤4c：拆卸组合体两端前缘左、右挡板，将前缘上成型模向上整体脱离，将硅橡胶芯模水平抽出，再将前缘坯体从前缘下成型模上脱离，对前缘坯体的余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到外翼前缘；步骤5：外翼主体的制造步骤5a：分别启封主体下成型模、主体上成型模和前梁成型模块，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；将前梁成型模块定位连接于主体下成型模上；步骤5b：在主体下成型模上逐层铺贴预浸料，形成主体上蒙皮预铺层；再沿前梁成型模块逐层铺贴预浸料，铺贴时预留多余的预浸料于前梁非工作成型面，并使用无孔隔离膜隔开，得到前梁预铺层；步骤5c：将主体左挡块、主体右挡块定位连接于主体下成型模上，领取轻木零件，并对其进行表面处理，将其紧靠主体后缘放置；再在其前端及主体上蒙皮预铺层表面逐层铺贴预浸料，铺贴时将预留多余的预浸料铺贴于轻木零件表面，并使用无孔隔离膜隔开，得到后梁预铺层；将硅橡胶挡块紧靠主体左挡块放置；步骤5d：将薄膜囊体放置于前梁预铺层、后梁预铺层之间，将非工作成型面预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于薄膜囊体上表面，将轻木零件表面预留的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，其特征在于步骤如下：步骤1：成型模具的制造采用CATIA软件进行产品成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品成型模具分为外翼前缘和主体结构成型模，外翼前缘成型模分为前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)两部分，前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的外翼前缘外形一致；在外翼前缘成型模两端设置前缘挡板，该前缘挡板通过定位销和螺栓孔进行定位连接，可与前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)形成密闭腔体；主体成型模由主体下成型模(5)、主体上成型模(6)和前梁成型模块(7)组成，其中前梁成型模块(7)和主体下成型模(5)通过定位销和螺栓连接后形成敞口型组合模具，用于前梁预铺层和上蒙皮预铺层的实现；主体上成型模(6)用于下蒙皮预铺层的实现，可通过定位销和螺栓连接方式与该敞口型组合模具形成整体；步骤2：前缘硅橡胶芯模(8)的制造步骤2a：分别启封前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)和前缘左、右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；分别在前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)上预先成型出与产品等厚度的刚性假体，即在各个模具内表面上逐层铺贴预浸料，直至分别形成与产品等厚度的预铺层，并对其进行外形修整；分别在含预铺层的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)内表面依次铺贴常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料固化规范要求分别将含预铺层的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)放置于在真空固化炉中进行抽真空固化，得到含刚性假体的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)；固化时先以1‑3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；步骤2b：待固化结束后，分别清理前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)表面的各种辅助材料，将前缘下成型模(1)、前缘上成型模(2)和前缘左挡板组合起来，并以右侧端面朝上的方式将组合模具直立起来，形成“U”型；按组分比例将配制好的液体硅橡胶从右端端口自上而下缓缓注入，直至溢出；室温固化24小时后脱模，经修整后得到硅橡胶芯模(8)；最后对刚性假体进行脱模处理，其中硅橡胶芯模(8)可通过刚性假体、前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)及前缘挡板重复制造；步骤3：薄膜囊体(9)的制造采用耐温性、耐环境适应性和热封合满足要求的塑料复合薄膜，通过薄膜囊体(9)三维数模进行平面展开放样及工艺优化，并按优化后的外形尺寸对塑料复合薄膜进行剪裁，并在剪裁好的塑料复合薄膜余边边缘处安装充、放气接头；依次对塑料复合薄膜前缘、后缘的前、后梁位置进行分段热封合，再对周边进行热封合，直至剩余单边未热封合时，先将已热封合的封边处进行修整，并将内表面翻至外表面、外表面翻为内表面，最后热封合单边使其形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.3MPa，对腔体内部进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，对后缘余边进行热封合，并使用压敏胶带将后缘的封边粘连于薄膜囊体(9)后缘，得到薄膜囊体(9)；步骤4：外翼前缘的制造步骤4a：分别启封前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；在前缘下成型模(1)上逐层铺贴预浸料；铺贴时预留多余的预浸料于模具非工作成型面(11)两侧，并使用无孔隔离膜隔开，得到前缘预铺层(10)；将硅橡胶芯模(8)放置于前缘预铺层(10)之上，将预留的多余预浸料在去除无孔隔离膜后分别逐层翻压于硅橡胶芯模(8)上表面，最后将前缘上成型模(2)、前缘左右挡板定位连接于前缘下成型模(1)上，形成密闭组合体；所述的预浸料存放在‑18℃低温冷藏环境中，且启封前包装袋上无冷凝水形成；所述的铺贴在净化间进行，净化间内保持温度22±4℃，相对湿度不大于65％；步骤4b：将上述密闭组合体放置于真空固化炉中进行固化：先以1‑3℃/min的升温速率进行升温，直至达到恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；步骤4c：拆卸组合体两端前缘左、右挡板，将前缘上成型模(2)向上整体脱离，将硅橡胶芯模(8)水平抽出，再将前缘坯体从前缘下成型模(1)上脱离，对前缘坯体的余边进行外形加工，并砂磨切口进行光整处理，得到外翼前缘；步骤5：外翼主体的制造步骤5a：分别启封主体下成型模(5)、主体上成型模(6)和前梁成型模块(7)，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；将前梁成型模块(7)定位连接于主体...

【技术特征摘要】
1.一种中小型无人机复合材料外翼工艺成型方法，其特征在于步骤如下：步骤1：成型模具的制造采用CATIA软件进行产品成型模具的三维建模和优化设计，将优化后的数字模型进行模具加工；所述产品成型模具分为外翼前缘和主体结构成型模，外翼前缘成型模分为前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)两部分，前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)通过定位销及螺栓连接，组合后中间形成一个腔体，所述腔体与待加工的外翼前缘外形一致；在外翼前缘成型模两端设置前缘挡板，该前缘挡板通过定位销和螺栓孔进行定位连接，可与前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)形成密闭腔体；主体成型模由主体下成型模(5)、主体上成型模(6)和前梁成型模块(7)组成，其中前梁成型模块(7)和主体下成型模(5)通过定位销和螺栓连接后形成敞口型组合模具，用于前梁预铺层和上蒙皮预铺层的实现；主体上成型模(6)用于下蒙皮预铺层的实现，可通过定位销和螺栓连接方式与该敞口型组合模具形成整体；步骤2：前缘硅橡胶芯模(8)的制造步骤2a：分别启封前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)和前缘左、右挡板，对其各个内表面依次涂抹封孔剂和水溶性脱模剂、晾干15min；分别在前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)上预先成型出与产品等厚度的刚性假体，即在各个模具内表面上逐层铺贴预浸料，直至分别形成与产品等厚度的预铺层，并对其进行外形修整；分别在含预铺层的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)内表面依次铺贴常用的无孔隔离膜、透气毡、真空袋，通过密封胶带的粘连形成真空密闭体系；再按照材料固化规范要求分别将含预铺层的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)放置于在真空固化炉中进行抽真空固化，得到含刚性假体的前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)；固化时先以1-3℃/min的升温速率进行升温，直至到达恒温温度120℃，保温1小时；再以3℃/min的降温速率进行冷却降温，直至55℃以下时出炉；全程抽真空过程中要求真空度达到0.08MPa以上；步骤2b：待固化结束后，分别清理前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)表面的各种辅助材料，将前缘下成型模(1)、前缘上成型模(2)和前缘左挡板组合起来，并以右侧端面朝上的方式将组合模具直立起来，形成“U”型；按组分比例将配制好的液体硅橡胶从右端端口自上而下缓缓注入，直至溢出；室温固化24小时后脱模，经修整后得到硅橡胶芯模(8)；最后对刚性假体进行脱模处理，其中硅橡胶芯模(8)可通过刚性假体、前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)及前缘挡板重复制造；步骤3：薄膜囊体(9)的制造采用耐温性、耐环境适应性和热封合满足要求的塑料复合薄膜，通过薄膜囊体(9)三维数模进行平面展开放样及工艺优化，并按优化后的外形尺寸对塑料复合薄膜进行剪裁，并在剪裁好的塑料复合薄膜余边边缘处安装充、放气接头；依次对塑料复合薄膜前缘、后缘的前、后梁位置进行分段热封合，再对周边进行热封合，直至剩余单边未热封合时，先将已热封合的封边处进行修整，并将内表面翻至外表面、外表面翻为内表面，最后热封合单边使其形成含腔体的密闭组合体；通过充、放气接头将氮气充入腔体，保压0.3MPa，对腔体内部进行气密性检测，当5分钟内泄露的压力不超过0.017MPa时，对后缘余边进行热封合，并使用压敏胶带将后缘的封边粘连于薄膜囊体(9)后缘，得到薄膜囊体(9)；步骤4：外翼前缘的制造步骤4a：分别启封前缘下成型模(1)和前缘上成型模(2)，对其各个内表面依次涂抹水溶性脱模剂、晾干15min；在前缘下成型模(1)上逐层铺贴预浸料；铺贴时预留多余的预浸料于模具非工作成型面(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟超，童话，孙奇，
申请(专利权)人：西安爱生技术集团公司，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61